高性能混凝土发展对水泥性能及生产的要求

高性能混凝土发展对水泥性能及生产的要求

王德青

佛山市金宏混凝土有限公司

摘要：高性能混凝土是一种新型的混凝土，其大幅度的提高了混凝土许多重要的指标。本文通过对高性能混凝土的介绍了探讨并浅析了高性能混凝土的发展。

关键词：高性能混凝土；水泥；性能；发展

一、高性能混凝土的概述

高性能混凝土（HPC）是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土。高性能混凝土目前还没有一个标准的定义，不同的地方有着很大的差别。我国学者提出高性能混凝土是在大幅度提高常规混凝土性能的基础上采用现代（先进的预拌）混凝土技术，选用优质原材料，除水泥水集料外，必须掺加足够数量的活性细掺料和高效外加剂的一种新型高技术混凝土高性能混凝土应具有几种性能：耐久性工作性及各种力学性能。但目前，高性能混凝土的概念又有了新的变化，清华大学冯乃谦教授提出普通混凝土也可能高性能化，其研究成果在工程实际中也得到了应用因此，高性能混凝土并不一定强调高强，还包括普通混凝土的高性能化。日本学者更重视混凝土的工作性，认为高流态免振自密实混凝土就是高性能混凝土。美国和加拿大的学者认为高性能混凝土应该是高耐久性的，而不仅仅是高强度；除了强度之外，高耐久性还应包括高的体积稳定性低渗透性和高工作性。英国和北美学者则更重视混凝土的强度综合分析各种观点。

二、高性能混凝土特点

高性能混凝土与传统的混凝土相比，在配比上的特点是较低的水泥用量、低用水量，并以矿物掺合物和化学外加剂作为水泥、砂、石、水之外的必需基本组分，混凝土的耐久性由于水胶比低得到了保证，而且混凝土的强度也很优秀。高性能混凝土的优良特性主要来自下列配比：通过加入高效减水剂，分散拌和物中超细粉体的絮凝作用，并配合缓凝剂、引气剂等外加剂使拌和物具有良好的和易性。某些矿物掺合料如粉煤灰的球状形态也对和易性起到有利作用；通过降低用水量，使硬化后的混凝土内部孔隙减少，以及改善胶凝材料的总体颗粒组成使其具有良好的级配，从而增加混凝土的密实程度；通过降低水泥用量，必要时引入膨胀剂，防止混凝土在硬化过程中造成宏观与微观裂缝；通过降低水灰比，以及引入矿物掺合料所参与的水化作用和火山灰作用，使水泥水化产物的微观得到改善，尤其是水泥浆体与粗骨料之间的界面结构得到加强。多数矿物掺合料并有抑制有害化学作用如碱骨料反应的能力。

三、高性能混凝土对水泥的技术要求

高性能混凝土原材料主要采用常规的原材料，因此不能对配制高性能混凝土用原材料提出太多的苛刻的要求，而应根据实际情况，对原材料提出关键性的技术要求，才具有实际意义。

一般地，对普通混凝土来说，只需考虑水泥的强度，而对于高性能混凝土来说水泥性能有其特殊要求。高性能混凝土水胶比很低，要满足施工工作性的要求，水泥用量就要大。但为了尽量降低混凝土的内部温升和减小收缩，又应当尽量降低水泥的用量，同时，为了使混凝土有足够的弹性模量和体积稳定性，对胶凝材料总量也要加以限制。因此，用于高性能混凝土的水泥的流变性能比强度更重要。

为了获得高性能混凝土，对水泥性能的要求，除了确保最低限度的流动性之外，还要求水泥在低的水灰比下，能促进水泥的水化反应，使水泥石的结构密实化。这是至关重要的。

高性能混凝土所用水泥最好是强度高且同时具有良好的流变性能，并与目前大量使用的高效减水剂有很好的相容性。高性能混凝土水胶比较低，其强度发展较快，水泥早强的要求并不重要。如果没有相应的措施，最好不用早强型的水泥，以免影响混凝土的流变性能和后期强度的发展。

一般来说，可以应用中等强度等级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，混凝土强度等级大于60MPa时，宜用62.5号水泥。为了混凝土的高强化与高性能化，在国外出现了球状水泥，调粒水泥，以及活化水泥等。这些新品种水泥的一个很大的特点是，达到相同的标准稠度下，需水量很低。

高性能混凝土为了确保其流动性，必须掺入高效减水剂。因此，必须选择适宜低水灰比特性的水泥。其一是细度及粒子的组成，另一方面是加水后的早期水化。同时应注意与外加剂的适应性，水泥与超塑化剂的相容性不好时，不仅会影响超塑化剂的减水率，更重要的是会造成混凝土坍落度的严重损失，有的混凝土拌和物搅拌后经半小时坍落度就可损失一半以上。影响水泥与超塑化剂相容性的主要因素，对高效减水剂来说，是其化学性质、分子量、交联度、磺化程度和平衡离子等；对水泥来说，是SO3含量同水泥中C3A、细度和碱含量的匹配。

除水泥标号外，水泥矿物组成和细度都对混凝土的性能有较大的影响。一般而言，配制高性能混凝土不得使用立窑水泥，应避免使用早强、水化热较高和高CA含量的水泥，同时水泥中f-CaO，f-MgO，S0和C1等有害成分应尽可能的少。由于混凝土耐久性的实现，必须有良好的施工质量为保证，这就要求所配制的混凝土要具有良好的施工和易性，因而水泥必须与所用高效减水剂应具有良好的适性，使混凝土拌合物在满足工作性条件下用水量尽可能的低，坍落度损失小。

四、高性能混凝土的性能

4.1耐久性

提高混凝土的耐久性要从根本上改善混凝土。混凝土混绝大多数结构的破坏是由于氯离子侵入混凝土钢筋表面，引起钢筋锈蚀，破坏钢筋与混凝土间粘结力，同时产生膨胀破坏混凝土保护，层导致结构破坏。其耐久性破坏主要有：冻融循环作用、钢筋锈蚀作用、碳酸盐化作用、淡水溶蚀作用盐类侵蚀作用、碱―集料反应、酸碱腐蚀作用冲击磨损等机械破坏作用等。高性能混凝土应用的主要目的是高效剂和矿物质超细粉的配合使用能够有效的减少用水量，减少混凝土内部的空隙，能够使混凝土结构安全可靠地工作50~100年以上。

4.2力学性能

混凝土是一种非均质材料，很多因素的影响其强度，水灰比是影响混凝土强度的主要因素。在HPC中掺入矿物超细粉可以填充水泥颗粒之间的空隙，改善界面结构，提高混凝土的密实度提高强度。对于普通混凝土，随着水灰比的降低混凝土的抗压强度增大，HPC中的高效减水剂对水泥的分散能力强、减水率高，可大幅度降低混凝土单方用水量。HPC对力学性能的要求不仅体现在高强度上，还体现在高强度质量上，即要求强度的分散性小，后期的强度增长稳定。

4.3工作性

坍落度是反应混凝土拌和物在重力作用下的流动和变形能力，是评价混凝土工作性的主要指标。在振捣的过程中，HPC粘性大，粗骨料的下沉速度慢，在相同振动时间内，下沉距离短稳定性和均匀性好。同时由于HPC的水灰比低，自由水少且掺入超细粉基本上无泌水，其水泥浆的粘性大，很少产生离析的现象。HPC的坍落度控制功能好，但由于其在配制过程中加入了减水剂和矿物质超细粉，在与普通混凝土在坍落度相同的情况下粘度较大这使其在泵送过程中需施加更大的压力。

4.4经济性

HPC具有良好的经济性是因为其较高的强度、良好的耐久性和工艺性。HPC良好的工作性可以减少工人工作强度加，快施工速度减少成本；HPC的高强度可以减少构件尺寸，减小自重，增加使用空间；HPC良好的耐久性可以减少结构的维修费用，延长结构的使用寿命，收到良好的经济效益。HPC优异的性能掩盖了价格偏高劣势，使其仍具有良好的经济性。

4.5体积稳定性

混凝土的抗渗性及其物理、化学、力学性能降低，耐久性下降都会由于体积稳定性不良的混凝土会产生收缩开裂。水泥颗粒的细度、用水量、骨料情况等都会影响混凝土体积稳定性。HPC的干缩随着水胶比的增大而略有增大，骨料情况是影响干缩的最主要因素骨料的体积含量越大、粒径越大，混凝土的干缩越小，不同种类高效减水剂对干缩的影响也不同。五、高性能混凝土的发展

5.1绿色高性能混凝土

绿色的涵义约资源、能源，可持续发展，既要满足当代人的需求，又不危害后代人满足其需要的能力。但是水泥混凝土对资源、能源的消耗和对环境的破坏十分巨大，所以就需要对水泥混凝土进行改造。国内外学者都提出了绿色建筑材料的概念。绿色高性能混凝土节约更多的资源和能源，对环境的破坏减小到最低限度，使混凝土结构工程健康发展。绿色高性能混凝土是绿色建筑材料的重要内容，开发和利用绿色高性能混凝土成为混凝土研究的重要课题。

5.2超高性能混凝土

超高性能混凝土（UHPC）是过去三十年中最具创新性的水泥基工程材料，实现工程材料性能的大跨越。UHPC与普通混凝土或高性能混凝土不同的方面包括：不使用粗骨料，必须使用硅灰和纤维（钢纤维或复合有机纤维），水泥用量较大，水胶比很低。UHPC堪称耐久性最好的工程材料，适当配筋的UHPC力学性能接近刚结构，同时UHPC具有优良的耐磨、抗爆性能。因此，UHPC特别适合用于大跨径桥梁、抗爆结构（军事工程、银行金库等）和薄壁结构，以及用在高磨蚀、高腐蚀环境。

5.3纤维混凝土

纤维混凝土是纤维和水泥基料组成的复合材料的统称。纤维在纤维混凝土中的主要作用，在于限制在外力作用下水泥基料中裂缝的扩展。目前发展起来的的纤维增强混凝土，应用最广泛是指钢纤维增强混凝土、玻璃纤维增强混凝土和丙烯纤维增强混凝土。

5.4智能混凝土

智能混凝土是在混凝土原有组分基础上复合智能型组分，使混凝土具有自感知和记忆，自适应，自修复特性的多功能材料。智能混凝士是自感知和记忆、自适应，自修复等多种功能的综合。由于智能混凝土有以上特性，其可以满足结构自我安全检测需要，防止混凝土结构潜在脆性破坏，有效地预报混凝土材料内部的损伤，并能根据检测结果自动进行修复，显著提高混凝土结构的安全性和耐久性。

结束语

随着新世纪的到来，房地产等建筑产业蓬勃发展和大量混凝土的老化，混凝土的需求数量很大。时代的进步和科技的发展，高性能混凝土的性能将会得到进一步提高。高性能混凝土作为新兴的材料，其优势非常明显，具有广阔的发展空间。

参考文献

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[5]冯乃谦.高性能混凝土的发展与应用.施工技术.2014.07